带电粒子在匀强磁场中的运动》新人教版综合自用版ppt课件.pptxVIP

第三章《磁场》

第六节

《带电粒子在匀强磁场中的运动》

复习：

问题1：什么是洛伦兹力？

问题1：带电粒子在磁场中是否一定受到洛伦兹力？

----磁场对运动电荷的作用力

----不一定，洛伦兹力的计算式

F洛=qVBsinθ

讨论：

若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？

2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小。

1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变

猜想与假设

讨论：

若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？

2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小。

1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变

3、该带点粒子将会做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。

洛伦兹力演示器

实验：

一、带电粒子运动轨迹

1、圆周运动的半径

2、圆周运动的周期

总结：由1式可知，粒子速度越大，轨迹半径越大；磁场越强，轨迹半径越小。

由2式可知，粒子运动的周期与粒子的速度大小无关，磁场越强，周期越短。

带电粒子在气泡室运动径迹的照片

（1）不同带电粒子的径迹半径为何不同？

（2）同一径迹上为什么曲率半径越来越小？

例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如下图所示．径迹上的每一小段都可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况可以确定

A．粒子从a到b，带正电

B．粒子从a到b，带负电

C．粒子从b到a，带正电

D．粒子从b到a，带负电

例2、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有a、b两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，a的初速度为v，b的初速度为2v．则

A．a先回到出发点

B．b先回到出发点

C．a、b的轨迹是一对内切圆，且b的半径大

D．a、b的轨迹是一对外切圆，且b的半径大

例3、一带电粒子在磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则

A、粒子的速率加倍，周期减半

B、粒子的速率不变，轨道半径减半

C、粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4

D、粒子速率不变，周期减半

例4：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。

（1）求粒子进入磁场时的速率。

（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。

可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子

应用：

质谱仪

通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.

二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期

带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何特征？

可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关

回旋加速器就是根据这一特点设计的

1．加速原理：

利用加速电场对带电粒子做正功使

带电粒子的动能增加。

二.加速器

直线加速器

2．直线加速器（多级加速）

如图所示是多级加速装置的原理图：

二.加速器

直线加速器

斯坦福大学的加速器

多级直线加速器有什么缺点？

直线加速器

利用加速电场对带电粒子做正功,使带电的粒子动能增加，

即qU=ΔEk

②直线加速器的多级加速：

教材图3.6-5所示的是多级

加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经n级的电场加速后增加的动能，

ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）

③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。

①加速原理：

2．回旋加速器

1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，

从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖．

回旋加速器

回旋加速器

1、作用：产生高速运动的粒子

2、原理

用磁场控制轨道、用电场进行加速

~

解：

当粒子从D形盒出口飞出时，

粒子的运动半径=D形盒的半径

回旋加速器

回旋加速器

问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK就可以无限制增大呢?

回旋加速器

美国费米实验室加速器

回旋加速器

两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。

电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。

粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。

在磁